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물리학 스토리

정역학이란 제자리의 과학인가요

by 오이코스 2023. 7. 28.
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정역학, 제자리의 과학

힘의 문제 중 가장 간단한 유형은 각 방향으로 작용하는 현들이

같아서 힘이 작용하는 물체가 움직이지 않는 경우이다. 구조공학자

들은 모든 힘의 베타가 반대로 향해서 서로 없어질 수 있도록 보 beam

와 지주 strut을 설계하는 전문가들이다. 예를 들어 다리나 건물에 작

용한 모든 힘은 그 건물이 한자리에 머물게 하는 구조가 되도록

해야 한다.

무언가을 제자리에 가만해 있도록 하는 힘을 보여주는 자유물체도

를 그려보는 연습을 해보자. 자신을 그려보자. 막대 그림으로 간단

히 나타내도 좋다. 그러나 파티 드레스라든가 목걸이나 귀걸이와 간 액세서리를 추가하는 식으로 뭔가를 덕지덕지 그려 봉지 않도록

주의하자. 그림에서 당신은 (아주 근사한 자세로) 가만히 서 있다. 땅

신은 어떤가 다른 곳을 갈 의도가 전혀 없다. 그렇다면 당신에게 작

용한 힘은 무엇일까? 당신 몸무게(중력에 의한 현)를 보여주는 아래

고 향하는 화살표 하나와 바닥이 당신을 위로 밀치는 협을 보여주는

위로 향하는 화살표를 그려보자. 당신이 그린 이 두 개의 화살표는

서로 방향이 반대이면서 크기가 같아 서로 상쇄된다. 말이 되지 않는

가? 바닥은 오직 당신의 몸무게와 같은 힘만을 가한다. 바닥은 지나

치게 밀어 올려서 당신이 콩 중으로 내던져지게 하지 않는다.

이제 당신 옆에 있은는, 스타일이 좋은 친구의 그림을 그려보자. 당

신은 사진을 찍기 위해 포즈를 취하고 있고 당신 친구는 당신에게 기

대고 있다. 당신과 친구는 둘 다 가만히 있다. 따라서 당신에게 기대

고 있는 당신 친구는 당신을 향해서 하나의 화살표의 힘을 가하고 있

다. 그리고 당신은 당신 친구가 당신에게 가하는 힘과 크기는 같은

면에서 방향이 반대인 화살표로 나타내는 힘으로 친구를 밀고 있어야

한다. 이 두 화살표는 방향과 크기에 의해 서로 상쇄되므로 당신과

친구는 움직이지 않는다. 당신들은 멋진 사진을 찍을 준비가 다 돼

힘과 가속도: 하나로 다른 하나 계산하기

힘과 운동에 대해 이해하기 위해, 무대 뒤편에서 발효 사과술과 아주 특이한 중류인 살구니 비스킷을 요구한 우리의 록스타, 뉴턴에

게로 되돌아가 보자 뉴턴의 첫 번째 법칙은 모든 힘이 사물이진 사람

이건 어딘가에 작용하는 힙이 모두 같아서 서로 상세 된다면, 그 사물

이나 사람의 속도(속력과 방향)는 일정하다고 말한다. 즉 속도가 ₩라

지거나 느려지지(가속되거나 감속이 되지) 않는다는 의미이다. 따라

서 당신과 서로 기대고 있는 당신 친구의 경우에, 당신의 속도는

읽... 시속 0길로 미터로... 일정하다. 그렇다. 확실히 일정한 속

도인 게 맞다. 모든 힘이 균형을 이루었다.

모든 힘이 균형을 이루어 가속도가 0이 되는 또 다른 경우가 여기

있다. 당신이 시속 60킬로미터로 일정한 속초로 크루즈 기능을 켜고

자동차를 몰고 있다. 당신의 차는 가속되고 있지 않다. 이 말은 당신

의 차를 느리게 하는 힘들 바퀴의 마찰력, 공기 저항 등)이 자동차의 속

도를 늘리는 데 쓰는 힘들(자동차의 엔진)과 같다는 얘기이다. 만일

마찰력이 없고 바람의 저항력과 같이 당신의 차를 느려지게 하는 힘

들이 없다면 당신의 자동차는 시속 60킬로미터로 계속 달려가는 테

있어서 엔진으로부터 어떤 힘을 더 받을 필요가 없다.

힘들이 자유물체도에서 서로 간에 상쇄되지 않는다면 물체는 가속

되거나 감속된다. 만약 당신이 언덕에서 미끄럼을 타고 내려올 경우

마찰력이나 나무로 인해 당신의 속도가 느려지기 전까지 중력은 당

신이 미끄러져 내려오는 속도를 늘릴 것이다. 그러나 마찰력은 당신

이 나아가는 방향과 반대 방향으로 작은 화살표를 그리며 당신을 점

자 느려지게 한다. 나무는 비명을 지르는 당신의 입 쪽으로 큰 화살

표를 그리며 갑자기 당신을 멈추게 할 것이다.

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